英發(fā)現LED光可激發(fā)相鄰LED的量子點(diǎn)

　　英國劍橋大學(xué)(Cambridge University)的研究人員在近期《應用物理快報》(Applied Physics Letters)期刊中發(fā)表有關(guān)「電驅動(dòng)與電性可調諧的量子光源」(Electrically driven and electrically tuneable quantum light sources)研究結果，展示在單晶片上緊密相鄰的兩個(gè)量子點(diǎn)發(fā)光二極體(LED)，能夠發(fā)揮可調諧、全電性量子光源的效果。

　　在這項實(shí)驗中，研究人員使用由電激發(fā)驅動(dòng)LED所發(fā)射的光源，激發(fā)相鄰二極體的量子點(diǎn)(QD)。他們能透過(guò)量子限制史塔克效應(Stark effect)，調諧來(lái)自相鄰驅動(dòng)二極體的量子點(diǎn)發(fā)射波長(cháng)。

　　研究人員的想法是經(jīng)由易于整合至半導體元件與光子腔的晶片平面激發(fā)結構，為量子運算應用依需求產(chǎn)生糾纏光子對。

　　在這篇論文中，研究人員展示了從電性可調諧的光源中產(chǎn)生電觸發(fā)抗聚束光的方法。為此，研究人員在單晶片上設計了16種可單獨調諧的二極體結構。該元件是由180×210μm的平面微腔LED組成，其中包含一層砷化銦(InAs)量子點(diǎn)層，嵌入於具有Al0.75Ga0.25As阻障層的10nm砷化錠(GaAs)量子阱中。

　　在InAs量子點(diǎn)層和量子阱的上方和下方生長(cháng)的多分布式布拉格反射鏡(DBR)，用于形成半波長(cháng)腔，以便增加垂直發(fā)射的QD光源部份，同時(shí)作為光從InAs潤濕層發(fā)射的水平波導層。從頂部DBR和底部DBR分別摻雜p型和n型，形成適于電激發(fā)的二極體結構。

　　研究人員的主要想法在于「利用LED產(chǎn)生的光，激發(fā)相鄰二極體的量子點(diǎn)」。LED以正向偏置運行，其來(lái)自InAs潤濕層的寬頻光發(fā)射由潤濕層上方和下方的布拉格反射鏡水平引導。而當一部份的發(fā)射光到達鄰近的LED時(shí)，部份光源被潤濕層吸收，產(chǎn)生可由相鄰二極體中量子點(diǎn)擷取的激子，從而導致量子光發(fā)射。

　　該元件具有p型摻雜區(紅色)、本質(zhì)區(透明)和n型摻雜區(藍色)。經(jīng)由正向偏壓(左)強烈驅動(dòng)的LED發(fā)射光源(圖示為藍色光束)，激發(fā)相鄰元件中的量子點(diǎn)(右)。量子點(diǎn)發(fā)射抗聚束光(綠色)。

　　由于平面微腔的腔模匹配相鄰量子點(diǎn)的發(fā)射波長(cháng)，所以提高了向上進(jìn)入收集光學(xué)元件的QD發(fā)射比例。透過(guò)改變第二個(gè)二極體的偏置，就能經(jīng)由Stark效應移位轉換調諧波長(cháng)，而相鄰二極體發(fā)射的光強度則可經(jīng)由改變第一個(gè)二極體的電壓加以控制。

　　研究人員還證實(shí)能夠調諧第二個(gè)二極體中的激子精細結構分裂，作為其整個(gè)電場(chǎng)的函數，使其得以用這樣的元件作為糾纏光子對的光源。

　　從第一個(gè)二極體(1)潤濕層發(fā)射的光被相鄰二極體的潤濕層吸收，在該二極體產(chǎn)生電荷載子并經(jīng)由量子點(diǎn)擷取后，發(fā)出量子光源。潤濕層發(fā)射(左)和量子點(diǎn)發(fā)射(右)是實(shí)際的數據，而顯示的潤濕層吸收則是發(fā)射數據的副本，而且僅用於顯示元件的操作原理

　　未來(lái)，研究人員希望能提高元件的效率，為不同的二極體之間賦予更多的發(fā)射方向性，可能采用單向天線(xiàn)或LED之間的波導，從而提高交叉耦合的效率。原則上，一個(gè)驅動(dòng)LED可以激發(fā)許多可調諧LED。而結合快速電子元件和低RC恒定元件后，則可經(jīng)由改變對二極體(1)的偏置以調節「泵」，或透過(guò)改變二極體(2)的偏置以調節波長(cháng)，從而依需求發(fā)出糾纏的光子。